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你知道光谱仪中所谓的“光谱”是什么吗?
发布时间:2021-01-26 点击:1648

在了解光谱仪之前,首先我们需要知道光谱是什么

众所周知,光是一种电磁波,而电磁波包含着不同波长的形式。如我们耳熟能详的伽马射线、X光、紫外、红外、微波、雷达等等。其中,我们日常接触最多的是可见光了。可见光,顾名思义,在其范围内,人眼能够将不同波长的光感知为不同的颜色。比如波长在620-780nm的光人眼感知大致都为红色,波长在490-580nm的光大致都为绿色,而波长在450-490nm的光大致都为蓝色。光谱,就是光在不同波长处的强度分布曲线。

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可见光中各色光的光谱

当光照射或者穿透某物质时,光的性质会被物质属性调制,其反射/透射光的光谱也会展现出五花八门的变化曲线,并据此可以用来分析该物质的化学/分子组成等。如图3所示,是各种光源的发射光谱曲线,由于其光源发光物质的物理/化学属性不同,其发射光谱也表现出相应的属性,具体表现为:随着横坐标波长的变化,不同波长对应的光强度也随之变换。因此,对于波长强度信息的获取与应用称之为光谱技术。而能够获得光谱信息的仪器,称之为光谱仪。

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各种光源的光谱曲线,横坐标:波长;纵坐标:光强度


经过数十年的发展,光谱仪的技术形式已经十分丰富,学者们对它的分类方式也是五花八门。例如:简单地按照光波范围可以分为,可见光型,红外型和紫外型光谱仪。按探测方法分,有直接用眼观察的分光镜型,用感光片记录的摄谱型,以及用光电或热电元件探测光谱的分光光度计等。按照获取光谱过程是否需要计算可以分为直接测量型与计算型;按照获得方式可分为:棱镜及光栅色散型,干涉型,直接滤光型,分光型,以及引入微光学元件的计算层析型和压缩感知型等

随着科技的发展,人类对信息获取的要求越来越高,人们期待能够记录物质发出或反射的全部光信息从而准确的获取目标物的信息。19世纪第一台黑白照相机就已经问世。这种成像设备只能获取目标物的空间二维信息。后来,出现了彩色相机,可以额外获取红绿蓝(RGB)三个通道的空间信息。此后又出现了彩色摄像机,可以连续的获取目标物的RGB图像,即可认为额外又获得了时间信息。

近年来,出现了3D摄像机(3D电影),该设备通过模仿人眼的双目结构,获得两个不同视角的RGB视频,即可认为又获得了光的角度信息。从上述发展历程可以看出,获取更多维度的光信息是成像设备发展史的目标之一。今天,我们的主角“光谱仪”则是额外获得“光谱”信息的新型成像设备,是光学成像系统发展史上的新星。


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